摘要：肉中含有丰富的营养物质且水分活度高，在运输贮藏及销售过程中极易被氧化和腐败变质。因此，肉品保鲜成为食品工业的一大挑战。植物精油作为天然的食品防腐保鲜剂，具有良好的抑菌、抗氧化功效，在肉品保鲜领域具有一定的潜力。但因其水溶性和稳定性较差，限制了在肉品保鲜领域的广泛应用。本文综述了植物精油的抗菌和抗氧化能力及作为肉品保鲜剂所面临的问题、纳米包埋植物精油的方法及对食源性微生物的作用机制。本文通过对纳米包埋植物精油的开发和应用进行展望，为探究新型肉品保鲜剂提供参考。
关键词：植物精油；纳米包埋技术；肉品；保鲜
冷鲜肉及肉制品在加工、贮运过程中极易受到微生物污染而腐败变质，不仅造成资源浪费，而且严重危害消费者的身体健康。如何有效控制微生物生长繁殖是肉品工业需面对的一大难题。众所周知，食品防腐剂可有效抑制食源微生物生长、延长食品保质期。随着生活水平的提高，消费者的食品安全意识也不断增强，纯天然、无毒无害的生物防腐剂逐渐成为市场的新宠。植物精油是从天然植物中提取出来的一类小分子的植物源次生代谢产物，可通过水蒸汽蒸馏法、压榨法、超临界萃取法、溶剂浸提法等方法进行提炼萃取，是一种具有挥发性的油状液体。植物精油对革兰氏阴性和阳性菌均有抑制作用，抑菌谱较广，且其为天然产物，具有安全高效、应用前景好等优势。然而多数植物精油的水溶性和热稳定性都很差，且生产成本较高，部分精油还带有刺激性气味，以上种种弊端阻碍了其在肉品工业的发展。就目前来说，植物精油在肉品产业中并未得到广泛应用，如何解决好这些问题已然成为植物精油的研究热点。
纳米包埋技术是微胶囊技术的延伸发展，可将植物精油包埋成纳米颗粒，赋予其与众不同的小尺寸效应和表面效应。纳米包埋后的植物精油既能实现对营养物质的保护，亦具备更高的稳定性、更好的体内吸收、控释和靶向性功能。此外，纳米材料（尺寸＜100nm）可作为载体掩盖植物精油的不良气味，并优化其与肉品成分的相互作用。利用纳米材料作为植物精油的传递介质，可有效提高肉品质量、安全性和功能性。本篇综述了植物精油的抗菌和抗氧化能力及作为肉品保鲜剂所面临的问题、纳米包埋植物精油的方法及对食源性微生物的作用机制，最后对纳米包埋植物精油未来的开发和应用做出展望。
1 植物精油在肉品保鲜中的应用现状
众所周知，肉类产业规模宏大，在农业生产总值中占有很大比例。由于肉制品富含营养物质，在生产运输和贮藏过程中极易暴露在空气中被氧化，同时被一些食源性微生物分解而腐败变质，从而给肉品产业带来巨大的经济损失。研究表明，植物精油具有较强的抑菌和抗氧化作用，且挥发性较强，近几年来，其在肉品保鲜中的应用已越来越广泛。由于植物精油存在溶解度低、稳定性差以及人体毒理学效应不明确等问题，因此仍需进一步探索和改进。
1.1 植物精油在肉品保鲜中的机理与应用
植物精油的成分复杂，一般可分为四大类：萜类、芳香族类、脂肪族类和含氮含硫类。其中包含的酚类、醛类以及单萜和倍半萜等成分是植物精油首要的抗菌活性物质，对大多数革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都有抑制作用，可替代人工合成的抑菌剂应用在肉品中；含有的酚醛类物质亦能够消除肉品中过量的自由基，且抗氧化功效优于VC，是一种安全高效的抗氧化剂。然而，单方精油的保鲜效果有限，多数学者开始尝试利用复方精油延长肉品的保鲜期。
1.1.1 植物精油的抗菌活性 微生物污染是引起
肉品腐败变质的主因。它们不仅会使肉品失去原有的营养价值和组织性状，还会破坏肉品的外观和口感。因此，通过抑制食源性微生物的生长繁殖可以有效延长食品的保藏期。植物精油中所含有的醇、醛、酮以及酚类等成分对食源性微生物有着较强的抑制作用，有些甚至对特定菌种具有专一抑制性。此外，植物精油具有安全无毒、微生物对其不易产生抗药性等优点，作为天然抗菌剂在肉品行业具有很好的应用前景。目前用于研究的植物精油种类繁多，如生姜精油、丁香精油、百里香精油、肉桂精油等。
精油及其成分对细菌细胞的作用机理主要包括两种：一种是破坏细胞膜。细胞膜结构为磷脂双分子层，具有选择透过性，可选择性地运输物质和传递能量，还能识别和传递信息、保护细胞免受损伤。植物精油是疏水性物质，能够进入磷脂双分子层内部，破坏脂质平衡和蛋白功能，导致膜渗透性增加，细胞内容物渗出，造成细菌死亡，这也是最主要的抑菌机理。Blaszyk等研究发现丁香精油中的丁香酚会使细胞膜中的蛋白质变性，并与磷脂发生反应，导致膜渗透性增强。研究表明，使用丁香精油浸渍酱牛肉，并测试浸渍后酱牛肉的TBA值，一定程度上能够抑制酱牛肉的菌落总数，从而提高品质。另一种是对胞内遗传物质和代谢途径的影响。DNA是主要遗传物质，在细胞合成和遗传过程中都具有重要作用，而精油中的萜烯和酚类等主要化合物能够抑制DNA修复，破坏DNA结构，还可通过影响胞内酶的活性抑制基因表达，进而影响遗传物质正常的复制及菌株的生长繁殖。如冷榨巴伦西亚橘精油能诱导耐药金黄色葡萄球菌DNA的改变，干扰DNA的复制、重组与修复，抑制与细胞壁合成有关的基因表达，促使细胞溶解。除两种主要机理外，植物精油还可通过干扰细菌能量代谢系统、改变细胞形态、影响细胞分裂、破坏运动性、干扰信号转导系统和毒力等方式抑制细菌生长繁殖。
1.1.2 植物精油的抗氧化活性 芳香族化合物在
植物精油中含量很高，仅次于萜类化合物，其所含有的酚类物质是促使植物精油抗氧化的主要原因。酚类化合物是一种极易被氧化的物质，可先与空气中的氧气结合，进而减少氧气与肉品直接接触的机会。植物精油的抗氧化方式分为两种：一种是直接抗氧化作用，如清除自由基、螯合金属离子。自由基是细胞代谢的中间产物，肉品在运输及储藏过程中会产生多种自由基，如·O2-、·OH以及DPPH自由基等。累积自由基可损坏细胞生物膜，危害蛋白质和核酸等大分子物质，使细胞损伤变形或死亡。植物精油中的酚类成分与过氧自由基有较高的反应活性，能将自身的活泼氢原子传递给自由基，使自由基变成活性较低的物质并将其清除，以此减少对肉品的氧化作用；另外，肌红蛋白中含有Fe2+，能够催化多种自由基的生成，而植物精油中的某些酚类物质含有两个酚羟基，能够与亚铁离子螯合，生成相对稳定的配合物，从而阻碍自由基的产生，延长肉品保鲜期。Bi等研究发现南天竹果实精油除能够有效清除·O2-和DPPH自由基，并具有较好的金属离子鳌合能力。另一种是间接抗氧化作用，如植物精油的萜烯成分可以提高抗氧化酶的分泌，酚类物质可以阻碍脂质过氧化等，这些作用都可增强肉品的抗氧化能力，抑制肉品腐败变质。如黄娜娜的研究结果表明，柑橘精油不仅能够直接清除自由基，还能提高细胞中过氧化氢酶、超氧化物歧化酶的活力，进而保护机体作用免受损伤。综上，植物精油的两种抗氧化方式均能阻碍肉品在储藏过程中自由基的累计，延缓肉品氧化变质。
1.1.3 复方精油 复方精油是在食品安全基础上
为达到特定疗效将两种及以上的单方精油按照比例混合生成，且精油与精油之间是相互协调、相辅相成的。由于植物精油大多具有抗菌和抗氧化等多种生物活性，且单个精油应用在肉品中的作用效果有限，难以完全抑制肉品中微生物的生长繁殖以及氧化变质。因此，多种植物精油的复配在一定程度上可以提高生物活性，延长肉品保鲜期。如顾仁勇等将牛至、丁香、山苍子以及肉桂四种香辛料精油进行复配后涂抹于猪肉表面，再对其进行真空包装，发现在低温条件下可冷藏18d，延长了猪肉的保质期。杨柳等将丁香和肉桂复配而成的精油处理香肠，发现处理过的香肠在储藏期间的菌落总数会明显低于普通香肠，且pH始终较低，货架期得到延长。由此可见，研发出具有协同效应的复方精油应用在肉品保鲜行业对探究新型肉品保鲜剂开拓了路径。
1.2 植物精油作为肉品保鲜剂面临的问题
就目前而言，已有不少种类的植物精油作为天然防腐保鲜剂投放到肉品产业中，但应用还不够广泛，其发展还面临着挑战。首先，植物精油的抑菌机理不够系统全面，目前研究多集中在植物精油对细胞膜的作用机制，对细胞壁、遗传物质等其他结构和功能的影响的研究较少。加速对植物精油抑菌机理的研究，将有助于推广在食品保鲜领域的应用。其次，某些种类的植物精油含有低刺激性或毒性成分，还需加强对植物精油的毒理学研究和安全性评价。另外，尽管复配精油提高了抗菌活性，能起到较好的保鲜效果，但依旧不能满足工业生产的需要，还需进一步探索提高植物精油生物活性的方法。最后，多数植物精油本身具有较强的刺激性气味，在水中的溶解度低且不稳定。利用纳米包埋技术可以有效改善精油的稳定性和气味，提高溶解度，减少对产品风味的影响。
2 植物精油纳米包埋技术
如上所述，植物精油的应用发展还存在较多障碍，利用纳米材料作为植物精油的载体，能有效提高植物精油稳定性、安全性和功能性。一般来说，植物精油是亲脂化合物的混合物，因此，对纳米包埋方法的研究大多基于脂质体系。本文主要讨论植物精油基于脂质体、纳米乳以及固体脂质纳米颗粒三种包埋技术下的防腐抑菌效果。
2.1 基于脂质体的包埋技术
脂质体是由磷脂双分子层自组装形成的中空状、双层球形结构，直径大小在200～1000nm，可包围水溶性和脂溶性物质。水溶性物质被包裹在磷脂双分子层内部的空间里，脂溶性物质被夹在双分子层疏水尾部之间。脂质体被美国食药局认定为安全可降解物质，脂质体的包埋可有效提高植物精油中酚类物质的溶解度和生物利用度，保护其免受肉品中酶类的破坏，延长抑菌效果并提高抗氧化能力。实验证明，将包载槲皮素的纳米脂质体与槲皮素纳米乳和槲皮素固体脂质纳米粒进行比较，发现槲皮素纳米脂质体在模拟胃液中的稳定性更好，生物接受性高。但脂质体对酸、热等因素敏感，贮藏过程中易发生絮凝、聚集融合，使被包埋物泄露，因此基于脂质体的包埋物应贮藏在阴凉干燥处。脂质体的制备方法有很多，传统的制备方法有超声分散法、高压均质法、薄膜水合法等。赵呈婷采用波薄膜－超声分散法制备丁香精油脂质体，结果发现精油的稳定性和水溶性都得到了显著的提高，且使用寿命延长，对猪肉等肉制品的抑菌效果得到增强。然而传统的制备方法大多难以满足大规模的工业生产要求且残留物较多，为能够较好地解决这些问题，近几年逐渐研发出一些新兴的制备方法，如：超临界流体法、乙醇注入法、膜接触器法等。Zhao等利用超临界CO2技术通过超临界相减压法生产脂质体，经研究表明，当降压速率为120bar/min，压力为200bar时可产生均匀度和稳定性都较高的脂质体。欧春凤等采用乙醇注入法制备姜了黄素脂质体，并对其粒径大小、包埋率进行测定，发现与传统制备的脂质体相比，该姜黄素脂质体的粒径更小，且包封率和稳定性都得到了提高。目前，超临界CO2流体技术法是食品工业生产中最常用的脂质体制备方法，其操作过程中所用到的超临界CO2具有低粘度、高密度、高溶解性以及高传质性等多种优点，并且价廉易得、安全无毒，因此备受欢迎。
2.2 基于纳米乳的包埋技术
纳米乳是一类由水相、油相和表面活性剂按比例制成的透明或半透明的胶体分散体系，其大小均匀，且粒径大小通常为50～500nm。由于纳米乳液的粒子直径小，总表面积大，从而增加了纳米颗粒与肉制品的接触面积，提高了植物精油的抑菌效果。与普通乳液相比，纳米乳液在外观、质地、稳定性和生物活性等方面表现出更好的功效，且对界面活性要求较低，但热力学体系的稳定性变差，须加入适当的乳化剂和助乳化剂进行维持。纳米化可以提高植物精油在水中溶解度和分散度，防止生物活性物质被降解，增加生物利用率，并且具备缓释和靶向等作用。此外，纳米化能最大限度地减少植物精油在感官特性上的负面影响。纳米乳的制备方法有两种，分别是高能乳化法和低能乳化法。低能乳化法较为传统，主要通过改变环境和体系组分，来使水、油和乳化剂自发组合形成非常细小的球滴，此操作过程简单且所需设备和能源的成本较低。任婧楠等与Marília等采用相转变点法分别制备了甜橙精油和牛至精油纳米乳，体外实验结果显示：两种纳米乳均能降低金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的活性，可取代人工合成防腐剂应用在肉品中。但传统方法大多不利于工业化大规模生产。高能乳化法是通过相应机械装置所产生的超强破坏力来破坏油水两相的平衡态，使其均匀分散在连续相中，从而形成微小球滴。此方法利于大规模生产，制备出来的植物精油纳米乳能延缓肉品在储藏过程中菌落总数的增长，延长货架期。Moghimi等采用超声处理法将百里香精油制备成纳米乳液，并与精油原液作对比，探究对食品腐败菌的抑菌效果，结果表明，百里香精油纳米乳液的抗菌活性是其精油原液的10倍以上，有很强的防腐保鲜效果。但是高能乳化法也有巨大的劣势，即乳化能量利用效率通常较低，且设备成本较高。在如今的食品工业中，最常用高能乳化法制备植物精油纳米乳，但低能乳化法依旧值得关注。
2.3 基于固体脂质纳米粒的包埋技术
作为继脂质体和乳液后的新一代纳米载体，固体脂质纳米粒是以天然或人工合成的高熔点固态类脂作为载体，使活性物质吸附或包裹于脂质基质中的新一代纳米载运系统，其粒径大小通常为50～1000nm。固体脂质纳米粒常用于包埋化学性质不稳定的疏水性化合物，譬如植物精油，可大大提高其储藏稳定性和生物利用度。此外，基于固体脂质纳米粒的包埋技术对活性物质有更好的控制、释放及靶向作用；运载的活性物质受外界因素影响也进一步减小；生物相容性较高，对机体毒性小。但与此同时，它也表现出一些新的缺陷：对活性物质的负载量低，存储过程中脂质重结晶导致包埋物析出等。固体脂质纳米粒的制备方法有很多，主要包括：超声/高压均质法、微乳法、薄膜－超声分散法、溶剂分散法和溶剂乳化法。上述方法各有优势，但多使用超声/高压均质法，此方法不仅高效可靠，还可同时适用于实验室研究以及工业大规模生产。如Ramalingam等就通过超声/高压均质法制备了姜黄素修饰的固体脂质纳米粒子。姜黄素通常用作肉类食品着色剂和酸碱指示剂，包埋后的姜黄素不仅水溶性、稳定性、口服生物利用度得到改善，其抑菌、抗氧化等功效也得到提高。
3 纳米包埋植物精油对肉品中微生物的作用机制
纳米包埋的植物精油及其具有较强抗菌活性的生物活性物质可作为人工合成抑菌剂的安全替代品。由于植物精油是萜类、醛类和酚类等几种生物活性化合物的挥发性混合物，它们可同时作用于不同的位点，干扰微生物的稳态，因此，产生耐药性的几率可以忽略不计。植物精油的作用机制取决于其内在的生化特征及其在原油中的比例，并具有级联反应。总的来说，植物精油会对食源微生物的结构和生理功能产生影响，比如导致其细胞膜功能、细胞质含量、以及与细胞正常功能相关的酶和蛋白受到干扰，从而打破微生物的新陈代谢平衡，促使细胞死亡。然而植物精油的水溶性较低且易氧化，在一定程度上降低了自身的抑菌活性，使用合适的材料将其包埋成纳米级颗粒可使精油和食物基质之间形成屏障，并将植物精油传递到微生物优先增殖的富水相，从而增强了稳定性和分散性。纳米包埋技术可使部分植物精油通过细胞膜，并作用于胞质膜内侧。由于纳米包埋植物精油后所得到的颗粒直径很小，增加了单位体积的表面积，因此，它们与微生物细胞膜的相互作用增强，导致细胞在最佳剂量下死亡。此外，像壳聚糖、葡聚糖、纤维素等作为载体的纳米材料也可通过破坏膜电位、活性氧生成以及改变代谢过程而表现出抗菌性能。张力等以明胶－壳聚糖复合物为载体制备丁香酚纳米粒，并研究其在冷鲜猪肉保鲜中的应用。研究证明，丁香酚纳米粒的水溶性和不稳定性得到改善，且有效延缓了冷鲜猪肉持水力、质构指标弹性和粘聚性的下降，将猪肉贮藏期延长至13d。有些植物精油还能与具有抗菌活性的载体材料产生协同作用，从而增强纳米包埋植物精油的抗菌活性。Chen等用玉米醇溶蛋白和壳聚糖包埋姜黄素和白藜芦醇制备纳米复合物时发现，随着玉米醇溶蛋白和壳聚糖相对分子量的增加，姜黄素和白藜芦醇的包埋率和物理稳定性都有所增大，进一步增强抗菌活性。综上所述，植物精油与纳米载体在抗菌方面具有协同作用，纳米包埋处理后的植物精油对食源性微生物的作用时间延长，整体的抑菌活性增加。
4 结论与展望
随着全球对安全健康食品的需求日益增长，越来越多的消费者倾向于购买低防腐剂食品。在此背景下植物精油及其所含有的活性物质既能抑菌防腐，又能抗氧化，故可作为新型食品防腐保鲜剂应用在肉品中。但植物精油的具体成分还不明确，未来应加强对其成分的鉴定，并进行相应的安全性评价，保障消费者权益。纳米包埋技术的研发与应用，增强了食品系统中植物精油的水溶性、稳定性以及生物活性。因此，纳米包埋植物精油一旦在肉品中被允许大规模使用，便可为肉品保鲜行业提供一条安全又创新的发展路线。此外，新型包埋材料的研发，也可拓展植物精油作为防腐保鲜剂的应用领域，为大规模工业化生产提供了技术支持。
